(57)【要約】【課題】  良好な圧電特性を有する圧電素子を提供する。【解決手段】  本発明に係る圧電素子は，基体２と、基体２の上方に形成された下部電極４と、下部電極４の上方に形成された圧電体膜５と、圧電体膜５の上方に形成された上部電極６と、を含み、下部電極４および上部電極６のうちの少なくとも一つは、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含み、圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。【選択図】      図１
2005353756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含み、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記導電性材料は、ＰｂＢａＯ３である、圧電素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記導電性材料は、Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｒｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
ｘは、０≦ｘ≦０．４の範囲である、圧電素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記導電性材料は、擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記圧電体膜は、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３からなり、
ｘは、０≦ｘ≦１の範囲である、圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記圧電体膜は、Ｐｂ（（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｙＮｂｙ）Ｏ３からなり、
ｘは、０≦ｘ≦１の範囲であり、
ｙは、０．０５≦ｙ≦０．３の範囲である、圧電素子。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記圧電体膜は、リラクサー材料からなる、圧電素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記圧電体膜は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向している、圧電素子。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記リラクサー材料は、Ｐｂ１−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３の一般式で示され、
Ｘは、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｂ’は、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＨｆのうちの少なくとも一つからなり、
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３０の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．１５の範囲であり、
ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、
ｃは、０．２０≦ｃ≦０．４５の範囲であり、
ＸがＺｎのとき、
ｃは、０．５≦ｃ≦０．２０の範囲である、圧電素子。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記リラクサー材料は、Ｐｂ１−ｂ−ｄ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３−ｄの一般式で示され、
Ｘは、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｂ’は、Ｚｒ、ＴｉおよびＨｆのうちの少なくとも一つからなり、
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３０の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．１５の範囲であり、
ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、
ｃは、０．２０≦ｃ≦０．４５の範囲であり、
ＸがＺｎのとき、
ｃは、０．５≦ｃ≦０．２０の範囲であり、
ｄは、０＜ｄ≦０．０３の範囲である、圧電素子。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記Ｐｂは、一部がＰｂより価数の高い元素のうちの少なくとも一つによって置換されている、圧電素子。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記Ｐｂより価数の高い元素は、ランタノイド系元素からなる、圧電素子。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかにおいて、
前記Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｙの量ａのほぼ半分である、圧電素子。
【請求項１４】
請求項９〜１２のいずれかにおいて、
前記Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｘの量ａとほぼ同じである、圧電素子。
【請求項１５】
請求項９〜１２のいずれかにおいて、
前記Ｙは、Ｙ１およびＹ２を含み、
前記Ｙ１と前記Ｙ２との組成比は、（ａ−ｅ）：ｅで示され、
前記Ｙ１は、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｙ２は、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｙ１の量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、前記Ｙ２の量ｅと、を合計した量とほぼ同じである、圧電素子。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれかにおいて、
前記Ｙは、ペロブスカイト型構造のＢサイトに存在する、圧電素子。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれかにおいて、
前記Ｂ’は、ＺｒおよびＴｉを含み、
ＺｒとＴｉとの組成比は、（１−ｐ）：ｐで示され、
ｐは、ｐ≦０．６の範囲である、圧電素子。
【請求項１８】
請求項７または８において、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなる、圧電素子。
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【請求項１９】
請求項７または８において、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなる、圧電素子。
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかにおいて、
内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて用いられ、
前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させる、圧電素子。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電アクチュエーター。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電素子を有する、圧電ポンプ。
【請求項２３】
請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電素子を有する、インクジェット式記録ヘッド。
【請求項２４】
請求項２３に記載のインクジェット式記録ヘッドを有する、インクジェットプリンター。
【請求項２５】
請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電素子が、基板の上方に形成されてなる、表面弾性波素子。
【請求項２６】
請求項２５に記載の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって、前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数または特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を含む、周波数フィルタ。
【請求項２７】
請求項２５に記載の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記圧電体膜の上方に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極およびトランジスタを有する発振回路と、を含む、発振器。
【請求項２８】
請求項２７に記載の発振器と、
前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子と、を含み、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、もしくは特定の周波数成分に変換し、または、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、もしくは所定の検波を行う機能を有する、電子回路。
【請求項２９】
請求項１〜２０のいずれかに記載の圧電素子を有する共振子が、基板の上方に形成されてなる、薄膜圧電共振器。
【請求項３０】
請求項２６に記載の周波数フィルタ、請求項２７に記載の発振器、請求項２８に記載の電子回路、請求項２９に記載の薄膜圧電共振器のうちの少なくとも１つを有する、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体膜を有する圧電素子、圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備える。インクジェットプリンターは、インクジェット式記録ヘッドを走査させつつ、そのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表される圧電体膜を用いた圧電素子が用いられている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
また、表面弾性波素子や周波数フィルタ、発振器、電子回路などにおいても、その特性向上が望まれていることから、新たな圧電材料による良好な製品の提供が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インクジェットプリンターにあっては、さらなる高画質化や高速化が要求されるようになってきている。このような要求に応えるためには、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきている。そのためには、キャビティー上に積層される圧電素子（ヘッドアクチュエーター）についても、特に圧電体膜の特性、すなわちその圧電定数を向上する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、良好な圧電特性を有する圧電素子を提供することにある。また本発明の他の目的は、上記圧電素子を用いた圧電アクチュエーター、圧電ポンプ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器、および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された圧電体膜と、
前記圧電体膜の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記下部電極および前記上部電極のうちの少なくとも一つは、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含み、
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。
【０００７】
本発明において、基体とは、１つの層と、複数の層と、を含む。
【０００８】
本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方の他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
【０００９】
この圧電素子によれば、前記下部電極は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、前記圧電体膜は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。すなわち、前記下部電極および前記圧電体膜のどちらもＡサイトにＰｂを有する。これにより、高温条件下でも、前記圧電体膜の鉛（Ｐｂ）原子は、前記下部電極中に拡散することがないか、もしくは、拡散したとしても、前記圧電体膜中の鉛原子と前記下部電極中の鉛原子が入れ替わるだけである。その結果、前記圧電体膜における鉛（Ｐｂ）の抜けにより、前記下部電極と前記圧電体膜との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、前記下部電極と前記圧電体膜との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、前記圧電体膜自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、この圧電素子は、良好な圧電特性を有することができる。
【００１０】
また、この圧電素子によれば、前記上部電極は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、前記圧電体膜は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。すなわち、前記上部電極および前記圧電体膜のどちらもＡサイトにＰｂを有する。これにより、高温条件下でも、前記圧電体膜の鉛（Ｐｂ）原子は、前記上部電極中に拡散することがないか、もしくは、拡散したとしても、前記圧電体膜中の鉛原子と前記上部電極中の鉛原子が入れ替わるだけである。その結果、前記圧電体膜における鉛（Ｐｂ）の抜けにより、前記上部電極と前記圧電体膜との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、前記上部電極と前記圧電体膜との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、前記圧電体膜自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、この圧電素子は、良好な圧電特性を有することができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記導電性材料は、ＰｂＢａＯ３であることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子において、
前記導電性材料は、Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３からなり、
Ｘは、Ｒｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
ｘは、０≦ｘ≦０．４の範囲であることができる。
【００１３】
本発明に係る圧電素子において、
前記導電性材料は、擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００１４】
本発明において、「優先配向」とは、１００％の結晶が所望の配向である擬立方晶（１００）になっている場合と、所望の配向である擬立方晶（１００）にほとんどの結晶（たとえば９０％以上）が配向し、残りの結晶が他の配向（たとえば（１１１）配向）となっている場合と、を含む。
【００１５】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体膜は、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３からなり、
ｘは、０≦ｘ≦１の範囲であることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体膜は、Ｐｂ（（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｙＮｂｙ）Ｏ３からなり、
ｘは、０≦ｘ≦１の範囲であり、
ｙは、０．０５≦ｙ≦０．３の範囲であることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体膜は、リラクサー材料からなることができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体膜は、ロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。
【００１９】
本発明に係る圧電素子において、
前記リラクサー材料は、Ｐｂ１−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３の一般式で示され、
Ｘは、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｂ’は、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＨｆのうちの少なくとも一つからなり、
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３０の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．１５の範囲であり、
ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、
ｃは、０．２０≦ｃ≦０．４５の範囲であり、
ＸがＺｎのとき、
ｃは、０．５≦ｃ≦０．２０の範囲であることができる。
【００２０】
本発明に係る圧電素子において、
前記リラクサー材料は、Ｐｂ１−ｂ−ｄ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３−ｄの一般式で示され、
Ｘは、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、
Ｂ’は、Ｚｒ、ＴｉおよびＨｆのうちの少なくとも一つからなり、
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
ａは、０．０５≦ａ≦０．３０の範囲であり、
ｂは、０．０５≦ｂ≦０．１５の範囲であり、
ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、
ｃは、０．２０≦ｃ≦０．４５の範囲であり、
ＸがＺｎのとき、
ｃは、０．５≦ｃ≦０．２０の範囲であり、
ｄは、０＜ｄ≦０．０３の範囲であることができる。
【００２１】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｐｂは、一部がＰｂより価数の高い元素のうちの少なくとも一つによって置換されていることができる。
【００２２】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｐｂより価数の高い元素は、ランタノイド系元素からなることができる。
【００２３】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｙの量ａのほぼ半分であることができる。
【００２４】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｘの量ａとほぼ同じであることができる。
【００２５】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｙは、Ｙ１およびＹ２を含み、
前記Ｙ１と前記Ｙ２との組成比は、（ａ−ｅ）：ｅで示され、
前記Ｙ１は、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｙ２は、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、
前記Ｐｂの欠損量ｂは、前記Ｙ１の量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、前記Ｙ２の量ｅと、を合計した量とほぼ同じであることができる。
【００２６】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｙは、ペロブスカイト型構造のＢサイトに存在することができる。
【００２７】
本発明に係る圧電素子において、
前記Ｂ’は、ＺｒおよびＴｉを含み、
ＺｒとＴｉとの組成比は、（１−ｐ）：ｐで示され、
ｐは、ｐ≦０．６の範囲であることができる。
【００２８】
本発明に係る圧電素子において、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなることができる。
【００２９】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【００３０】
本発明に係る圧電素子において、
前記リラクサー材料は、以下の式（１）〜（９）で示される材料のうちの少なくとも一種からなることができる。
【００３１】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２）
【００３２】
本発明に係る圧電素子において、
内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて用いられ、
前記圧電体膜の変形によって前記キャビティーの内容積を変化させることができる。
【００３３】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、上述の圧電素子を有することができる。
【００３４】
本発明に係る圧電ポンプは、上述の圧電素子を有することができる。
【００３５】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドは、上述の圧電素子を有することができる。
【００３６】
本発明に係るインクジェットプリンターは、上述のインクジェット式記録ヘッドを有することができる。
【００３７】
本発明に係る表面弾性波素子は、上述の圧電素子が、基板の上方に形成されてなることができる。
【００３８】
本発明に係る周波数フィルタは、上述の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成された第１の電極と、
前記圧電体膜の上方に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって、前記圧電体膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数または特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と、を含むことができる。
【００３９】
本発明に係る発振器は、上述の表面弾性波素子が有する前記圧電体膜の上方に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記圧電体膜の上方に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極およびトランジスタを有する発振回路と、を含むことができる。
【００４０】
本発明に係る電子回路は、上述の発振器と、
前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子と、を含み、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、もしくは特定の周波数成分に変換し、または、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、もしくは所定の検波を行う機能を有することができる。
【００４１】
本発明に係る薄膜圧電共振器は、上述の圧電素子を有する共振子が、基板の上方に形成されてなることができる。
【００４２】
本発明に係る電子機器は、上述の周波数フィルタ、上述の発振器、上述の電子回路、上述の薄膜圧電共振器のうちの少なくとも１つを有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
１−１．圧電素子
図１は、本発明に係る圧電素子を、特にインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとなる圧電素子１に適用した場合の一実施の形態を示す図である。
【００４５】
この圧電素子１は、基体２上に形成されたバッファ層３と、バッファ層３の上に形成された下部電極４と、下部電極４の上に形成された圧電体膜５と、圧電体膜５の上に形成された上部電極６と、を備えて構成されている。
【００４６】
基体２は、たとえばシリコン基板を用いることができる。本実施の形態において、基体２には、シリコンの（１１０）基板を用いている。基体２は加工されることにより、後述するようにインクジェット式記録ヘッド５０においてインクキャビティーを形成するものとなる。また、バッファ層３は、インクジェット式記録ヘッド５０において弾性板として機能するものとなる。
【００４７】
バッファ層３としては、単一配向している（厚さ方向にのみ配向方位が揃っている）ものであればよいが、さらに面内配向している（三次元方向の全てに配向方位が揃っている）ものであるのが好ましい。このようなバッファ層３を設けることにより、自然酸化膜を形成したシリコン基板からなる基体２と後述する下部電極４との間で、優れた接合性（密着性）を得ることができる。
【００４８】
また、このバッファ層３は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化物、ペロブスカイト構造の金属酸化物等のうちの少なくとも１種を含むものが好ましく、特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物または蛍石型構造の金属酸化物と、ペロブスカイト構造の金属酸化物とが積層された構造となっているのが好ましい。ＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が小さいので、後述するように下部電極４として特にペロブスカイト構造のものを形成する場合に、その下地となるペロブスカイト構造の層を形成するうえで有利となることができる。
【００４９】
本実施の形態におけるバッファ層３は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物または蛍石型構造の金属酸化物からなる第１バッファ層７および第２バッファ層８と、この第２バッファ層８の上に形成されたペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる第３バッファ層９とによって構成されている。
【００５０】
第１バッファ層７は、たとえばイオンビームアシスト法で形成することができる。第１バッファ層７は、たとえば立方晶（１００）配向のイットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳＺ」という）を用いることができる。ＹＳＺとしては、以下の式で表されるものを任意に用いることができる。
【００５１】
Ｚｒ１−ｘＬｎｘＯｙ      ０≦ｘ≦１．０
（Ｌｎ；Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）
【００５２】
第１バッファ層７の厚さは、たとえば１μｍ程度に厚く形成される。第１バッファ層７を厚く形成するのは、後述するようにエッチングによって基体２にインクキャビティーを形成する際、この第１バッファ層７をエッチングストッパ層として機能させているためである。また、このように第１バッファ層７を厚く形成しているので、前述したようにバッファ層３をインクジェット式記録ヘッド５０において弾性板として機能させた際、実質的にはこの第１バッファ層７が弾性板として機能することができる。
【００５３】
第１バッファ層７は、基体２上に直接形成されるが、シリコン基板からなる基体２表面には通常、自然酸化膜（二酸化シリコン）が形成されている。したがって、この自然酸化膜上にＹＳＺをエピタキシャル成長させることは一般的な成膜法では難しいことから、本実施の形態では、後述するように特にイオンビームアシスト法を用いてエピタキシャル成長させることにより、この第１バッファ層７を形成するものとする。なお、基体２表面に形成されている自然酸化膜は、アモルファス膜であってもよい。
【００５４】
第２バッファ層８は、たとえば立方晶（１００）配向のＣｅＯ２を用いることができる。第２バッファ層８は、第１バッファ層７上にエピタキシャル成長させられるものを用いることができる。第２バッファ層８の厚さは、たとえば１００ｎｍ程度である。
【００５５】
なお、これら第１バッファ層７および第２バッファ層８としては、ＹＳＺやＣｅＯ２に限定されることなく、任意のＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物を用いることができる。ＮａＣｌ構造の金属酸化物としては、たとえばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、または、これらを含む固溶体などが挙げられるが、これらの中でも、特に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このようなＮａＣｌ構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さいものとなる。
【００５６】
蛍石型構造の金属酸化物としては、たとえば、ＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２、ＵＯ２、または、これらを含む固溶体等が挙げられるが、これらの中でも、ＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このような蛍石型構造の金属酸化物も、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さいものとなる。
【００５７】
第３バッファ層９としては、たとえばペロブスカイト型金属酸化物であるＳｒＲｕＯ３を用いることができる。第３バッファ層９は、第２バッファ層８上に擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させられるものを用いることができる。第３バッファ層９の厚さは、たとえば３０ｎｍ程度である。第３バッファ層９にペロブスカイト構造を有する金属酸化物を用いることにより、第３バッファ層９は、前述したように第２バッファ層８との間で格子不整合が特に小さいものとなる。したがって、欠陥等がない良好な結晶構造を有するとともに、この第３バッファ層９上に、ペロブスカイト型の下部電極４を良好にエピタキシャル成長させることができる。
【００５８】
なお、第３バッファ層９としては、ＳｒＲｕＯ３に限定されることなく、他のペロブスカイト型金属酸化物を用いることもできる。たとえば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは、たとえば７）、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、ＳｒＶＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、または、これらを含む固溶体などを用いることもできる。
【００５９】
下部電極４は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができる。ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料としては、たとえば、ＰｂＢａＯ３、または、Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３などを用いることができる。ここで、Ｘは、Ｒｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、ｘは、０≦ｘ≦０．４の範囲であることができる。Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３のＢサイトにＲｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つを添加し、電荷中性を破ることによって導電性を持たせたものである。ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料としては、たとえば、上述した例示物質のうちの少なくとも一種を好適に用いることができる。Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３としては、たとえば、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｒｕ０．２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｃｏ０．２）Ｏ３、または、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｆｅ０．２）Ｏ３などが挙げられる。なお、本実施の形態では、下部電極４として、擬立方晶（１００）に優先配向しているＰｂＢａＯ３を用いている。なお、後述する上部電極６がペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むならば、下部電極４は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含まないことができる。この場合、下部電極４としては、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯｘ、またはＳｒＲｕＯ３などの電極材料を用いることができる。
【００６０】
下部電極４が含む導電性材料は、擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。ここで、「優先配向」とは、所望配向の擬立方晶（１００）にすべての結晶が配向している場合と、所望配向の擬立方晶（１００）にほとんどの結晶が配向しており、擬立方晶（１００）に配向していない残りの結晶が他の配向となっている場合とを含むことができる。このように、ほとんどの結晶が所望配向の擬立方晶（１００）に配向していれば、後述するように下部電極４の上に圧電体膜５を形成した際、圧電体膜５が下部電極４の結晶構造を引き継いで同じ結晶構造、すなわち擬立方晶（１００）に優先配向するようになる。下部電極４は、第３バッファ層９上にエピタキシャル成長させることができる。下部電極４の膜厚は、例えば、２００ｎｍ程度に形成されたものである。
【００６１】
圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。具体的には、圧電体膜５は、たとえば、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３からなり、ｘは、０≦ｘ≦１の範囲であることができる。また、圧電体膜５は、たとえば、Ｐｂ（（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）１−ｙＮｂｙ）Ｏ３からなり、ｘは、０≦ｘ≦１の範囲であり、ｙは、０．０５≦ｙ≦０．３の範囲であることができる。また、圧電体膜５は、たとえば、リラクサー材料からなることができる。なお、本実施の形態では、圧電体膜５として、リラクサー材料を用いている。
【００６２】
リラクサー材料は、具体的には、Ｐｂ１−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３の一般式（１）で示され、Ｘは、Ｍｇ、Ｚｎ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、Ｂ’は、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＨｆのうちの少なくとも一つからなり、Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも一つからなり、ａは、０．０５≦ａ≦０．３０の範囲であり、ｂは、０．０５≦ｂ≦０．１５の範囲であり、ｃは、ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、ｃは、０．２０≦ｃ≦０．４５の範囲であり、ＸがＺｎのとき、ｃは、０．５≦ｃ≦０．２０の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、ＸがＭｇ，Ｎｉのとき、ｃは、０．２５≦ｃ≦０．４０の範囲であり、ＸがＺｎのとき、ｃは、０．５≦ｃ≦０．１５の範囲であれば、容易に圧電体膜をロンボヘドラル構造にコントロールすることができ、高い圧電特性を発現できる。以下、一般式（１）で示される組成を「ＰＸＮＢ’Ｙ」と表すこともある。
【００６３】
ペロブスカイト型とは、図２および図３に示すような結晶構造を有するもので、図２および図３においてＡで示す位置をＡサイト、Ｂに示す位置をＢサイトという。たとえば、一般式（１）で示されるＰＸＮＢ’Ｙでは、ＰｂがＡサイトに位置し、Ｘ，Ｎｂ（ニオブ），Ｂ’およびＹがＢサイトに位置する。また、Ｏ（酸素）は図２および図３中においてＯで示したところに位置する。
【００６４】
Ｙは、（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）で示される組成全体の価数、すなわち＋４価より価数の高い金属元素を用いることができる。＋４価より価数の高い金属元素としては、たとえばＶ（＋５価）、Ｎｂ（＋５価）、Ｔａ（＋５価）、Ｃｒ（＋６価）、Ｍｏ（＋６価）、およびＷ（＋６価）などである。
【００６５】
Ｐｂ系のペロブスカイト型構造を有するもの、たとえばＰＺＴなどは、Ｐｂの蒸気圧が高いために、ペロブスカイト型構造のＡサイトに位置するＰｂが蒸発しやすい。上述のＰＸＮＢ’Ｙでは、組成式Ｐｂ１−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３において、ｂがＰｂの欠損量を表している。ＰｂがＡサイトから抜けると、電荷中性の原理によって同時に酸素が欠損する。この現象は、Ｓｃｈｏｔｔｏｋｙ欠陥と呼ばれる。たとえば、ＰＺＴにおいて酸素が欠損すると、ＰＺＴのバンドギャップが低下する。このバンドギャップの低下によって、電極界面でのバンドオフセットが減少し、ＰＺＴからなる圧電体膜の絶縁性が低下する。
【００６６】
しかし、本発明によれば、（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）で示される組成全体の価数より価数の高いＹを、Ｂサイトの元素（Ｘ，Ｎｂ，Ｂ）と置換させることで、結晶構造全体としての中性を保持することができ、酸素の欠損を防止することができる。これにより圧電体膜５の絶縁性は良好なものとなり、電流リークを防止することができる。
【００６７】
たとえばＹで示される元素としてＮｂを用いた場合に、ＮｂはＴｉとサイズ（イオン半径が近く、原子半径は同一である。）がほぼ同じで、重さが２倍であるため、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくい。また、結晶化時に、Ｐｂ抜けが発生したとしても、サイズの大きなＯ（酸素）が抜けるより、サイズの小さなＮｂが入る方が容易である。したがって、Ｏ（酸素）抜けを効果的に防止することができる。更に、Ｎｂは酸素との共有結合性が非常に強く系から抜け難くなっていると考えられる（Ｈ．Ｍｉｙａｚａｗａ，Ｅ．Ｎａｔｏｒｉ，Ｓ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９（２０００）５６７９）。なお、ここではＹとして、Ｎｂを用いた例について述べたが、ＹとしてＶ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを用いても同等あるいはそれに近い効果を有する。
【００６８】
Ｙが＋５価の元素の場合に、Ｙの量ａは、
０．１０≦ａ≦０．３０
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｙの量ａのほぼ半分であることが好ましい。すなわち、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒ａ／２
で示され、
０．０５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。なお、これらａおよびｂの範囲は、実際には測定誤差等が関係してくる。すなわち、たとえばＰｂの欠損量ｂは、測定誤差、たとえば約２パーセントの測定誤差を考慮すると、
０．０５−０．０２≦ｂ≦０．１５＋０．０２
の範囲であることが好ましい。このことは、以下に述べるすべての数値範囲についても同様である。
【００６９】
上述した数値範囲は次の意義を有する。Ｙの量ａが０．１０未満では、Ｙの添加による電流リーク防止効果が良好とならず、一方Ｙの量ａが０．３０を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できないからである。Ｙが＋５価の元素としては、たとえばＶ、Ｎｂ、Ｔａなどが挙げられるが、好ましい元素は、Ｎｂ、Ｔａであり、より好ましい元素は、Ｎｂである。
【００７０】
Ｙが＋６価の元素の場合に、Ｙの量ａは、
０．０５≦ａ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｙの量ａとほぼ同じであることが好ましい。すなわち、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒ａ
で示され、
０．０５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。
【００７１】
Ｙの量ａが０．０５未満では、Ｙの添加による電流リーク防止効果が良好とならず、Ｙの量ａが０．１５を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できないからである。Ｙが＋６価の元素のとして、たとえばＣｒ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられるが、好ましい元素は、Ｍｏ、Ｗであり、より好ましい元素は、Ｗである。
【００７２】
ＹがＹ１（＋５価）およびＹ２（＋６価）の元素を含む場合には、ＰＸＮＢ’Ｙの組成式は、Ｐｂ1−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）Ｙ１ａ−ｅＹ２ｅＯ３］で示される。（ａ−ｅ）は、Ｙ１の量を示し、ｅは、Ｙ２の量を示す。この場合に、Ｙ１の量（ａ−ｅ）、およびＹ２の量ｅは、
０．０５≦（ａ−ｅ）／２＋ｅ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。このとき、Ｐｂの欠損量ｂは、Ｙ１の量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、Ｙ２の量ｅと、を合計した量とほぼ同じであることが好ましい。すなわち、Ｐｂの欠損量ｂは、
ｂ≒（ａ−ｅ）／２＋ｅ
で示され、
０．０５≦ｂ≦０．１５
の範囲であることが好ましい。
【００７３】
Ｙ１の量の半分の量（ａ−ｅ）／２と、Ｙ２の量ｅと、を合計した量（ａ−ｅ）／２＋ｅ（以下、単に「合計量ｆ」という）が０．０５未満では、添加による電流リーク防止効果が良好とならず、合計量ｆが０．１５を越えても、それ以上は電流リーク防止効果の向上があまり期待できないからである。Ｙ１として好ましい元素は、Ｎｂ、Ｔａであり、Ｙ２として好ましい元素は、Ｗである。
【００７４】
なお、上述の圧電体膜５は、組成式がＰｂ１−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３で示され、Ｏ（酸素）は欠損していないが、Ｏを欠損させることもできる。すなわち、その場合の組成式は、Ｐｂ１−ｂ−ｄ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−ａＹａ］Ｏ３−ｄで示される。この場合、酸素の欠損量ｄは、
０＜ｄ≦０．０３
の範囲であることが好ましい。
【００７５】
また、圧電体膜５におけるペロブスカイト型構造のＡサイトのＰｂを、Ｐｂ（＋２価）よりも価数の高い元素Ｚで一部置換することもできる。すなわち、その場合の圧電体膜５の組成式は、（Ｐｂ１−ｇＺｇ）1−ｂ［（（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）１−ｃＢ’ｃ）１−
ａＹａ］Ｏ３となる。この場合、Ｚの量ｇは、
０＜ｇ≦０．０５
の範囲であることが好ましい。Ｚは、たとえばＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびＬｕなどのランタノイド系などであるが、好ましい元素は＋３価であるＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍである。また、ＺはＣｅであっても良い特性を得ることができる。
【００７６】
また、Ｙは、圧電体膜５におけるペロブスカイト型構造のＢサイトに存在することができる。
【００７７】
また、Ｂ’は、ＺｒおよびＴｉを含むことができる。この場合に、ＺｒとＴｉとの組成比は、（１−ｐ）：ｐで示される。そして、ｐは、
ｐ≦０．６
の範囲であることが好ましい。
【００７８】
また、リラクサー材料としては、たとえば以下の式（１）〜（９）で示される材料が挙げられる。これらのうちから選択された一種あるいは複数種が後述するように液相法または気相法で成膜されることにより、圧電体膜５が得られる。
【００７９】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３７、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、好ましくは０．３０＜ｘ＜０．５０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４５、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３５、、さらに好ましくは、Ｘ＝０.３、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．１０、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．０９、さらに好ましくは、Ｘ＝０.０９、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３８、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３８、さらに好ましくは、Ｘ＝０.３、ｙは、０≦ｙ≦１）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２、ｙは、０≦ｙ≦１）
【００８０】
また、リラクサー材料として、たとえば以下の式（１）〜（９）で示される材料も挙げられる。これらのうちから選択された一種あるいは複数種が後述するように液相法または気相法で成膜されることにより、圧電体膜５が得られる。
【００８１】
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（１）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（２）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３７、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３７）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｇａ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（３）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．５０、好ましくは０．３０＜ｘ＜０．５０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（４）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４５）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（５）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．３５、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３５、さらに好ましくは、ｘ＝０.３）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（６）
（ただし、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．１０）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（７）
（ただし、ｘは０.０１＜ｘ＜０.１０、好ましくは０．０３＜ｘ＜０．０９、さらに好ましくは、Ｘ＝０.０９）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３      ・・・式（８）
（ただし、ｘは０.１０＜ｘ＜０.３８、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．３８、さらに好ましくは、ｘ＝０.３）
（１−ｘ）Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３−ｘＰｂＴｉＯ３        ・・・式（９）
（ただし、ｘは０．１０＜ｘ＜０．４２、好ましくは０．２０＜ｘ＜０．４２）
【００８２】
リラクサー材料とは、バルクの固体において図４に示すように誘電率の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す材料であって、誘電率が極大となる温度が周波数測定によりシフトする材料をいう。また、リラクサー材料は、圧電定数の温度依存がブロードな（幅が広い）ピークを示す材料である。これに対し、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下、「ＰＺＴ」ともいう）等の非リラクサー材料である圧電体材料は、図５に示すように誘電率、および圧電定数の温度依存が非常に鋭いピークを示すものである。したがって、圧電体膜５としてリラクサー材料を用いることにより、得られた圧電素子１は広い温度範囲で良好な圧電特性を発揮し、これにより信頼性が高く特性が安定したものとなる。ただしリラクサー材料の膜厚が１００ｎｍ〜１μｍ程度においては、必ずしも図４に示す明瞭なピークを示すとは限らない。１００ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚を有するリラクサー材料は、室温から１００℃の間で、よりなだらかな誘電率の変化を示すものもある。
【００８３】
圧電体膜５の形成材料（リラクサー材料）において、前述したように材料間におけるＰｂＴｉＯ３（以下、「ＰＴ」ともいう）側の組成比を表すｘの範囲については、特にその上限値としては、相境界（ＭＰＢ：Morphological Phase Boundary）となる。相境界とは、ロンボヘドラル構造とテトラゴナル構造とが相転移するときのＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）側の組成比を示す値である。そして、このｘの範囲としては、相転移するときの組成比より小さく、これによりロンボヘドラル構造となる範囲とされる。ここで、圧電定数であるｄ定数（ｄ３１）は、相境界付近で極大値をとる。したがって、前記のｘについて、その下限値としては、この相境界のときのｘの値に近い値が選択されるのである。よって、ｘの範囲としては、本発明を構成するうえでは比較的小さい値まで許容できるものの、より高い圧電定数であるｄ定数（ｄ３１）を得るためには、好ましい範囲としたときの値、すなわち相境界のときのｘの値により近い値が選択される。つまり、圧電素子１を動作させる際に許容される圧電定数（ｄ３１）の下限値のときのｘが、ｘの範囲の下限値となる。ｘの下限値は、ＭＰＢとなるｘの値から、たとえば０．０５を引いた値となる。より具体的には、ＭＰＢとなるｘが０．３３である場合、ｘの下限値は、０．２８程度がより好ましい。
【００８４】
圧電体膜５は、ロンボヘドラル構造であり、かつ擬立方晶（１００）に優先配向していることが望ましい。ロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）に優先配向している圧電体膜５は、特に温度等の成膜条件を調整することで得られる。このように、圧電体膜５は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造を有し、かつ擬立方晶（１００）に優先配向したもので、エンジニアードドメイン配置と呼ばれるものである。したがって、圧電体膜５は、高い圧電定数（ｄ３１）を有する。ここで、「優先配向」とは、前述したように、所望配向の擬立方晶（１００）にすべての結晶が配向している場合と、所望配向の擬立方晶（１００）にほとんどの結晶が配向しており、擬立方晶（１００）に配向していない残りの結晶が他の配向となっている場合とを含むことができる。圧電体膜５は、同様に優先配向した下部電極４上に形成され、下部電極４の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。したがって、圧電体膜５も下部電極４と同様に、擬立方晶（１００）に優先配向したものとなっている。
【００８５】
圧電体膜５の厚さは、たとえば５００〜１５００ｎｍ程度である。なお、圧電体膜５の代表的な膜厚は３００ｎｍから３．０μｍである。この厚みの上限値に関しては、薄膜としての緻密さ、結晶配向性を維持する範囲で厚くすることができ、１０μｍ程度まで許容できる。
【００８６】
上部電極６は、本実施の形態では下部電極４と同様、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができる。この導電性材料は、擬立方晶（１００）に優先配向していることができる。上部電極６は、圧電体膜５上にエピタキシャル成長させることができる。上部電極６の膜厚は、例えば、２００ｎｍ程度に形成されたものである。上部電極６を形成するペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料としては、たとえば、ＰｂＢａＯ３、または、Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３などを用いることができる。ここで、Ｘは、Ｒｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つからなり、ｘは、０≦ｘ≦０．４の範囲であることができる。Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３のＢサイトにＲｕ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうちの少なくとも一つを添加し、電荷中性を破ることによって導電性を持たせたものである。ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料としては、たとえば、上述した例示物質のうちの少なくとも一種を好適に用いることができる。Ｐｂ（（Ｚｒ，Ｔｉ）１−ｘＸｘ）Ｏ３としては、たとえば、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｒｕ０．２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｃｏ０．２）Ｏ３、または、Ｐｂ（Ｚｒ０．４Ｔｉ０．４Ｆｅ０．２）Ｏ３などが挙げられる。なお、本実施の形態では、上部電極６として、擬立方晶（１００）に優先配向しているＰｂＢａＯ３を用いている。なお、上述した下部電極４がペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むならば、上部電極６は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含まないことができる。この場合、上部電極６としては、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯｘ、またはＳｒＲｕＯ３などの電極材料を用いることができる。
【００８７】
なお、上述した例では、バッファ層３上に下部電極４を形成する場合について説明したが、下部電極４は、バッファ層３を介せず、直接基体２上に形成することもできる。
【００８８】
また、上述した例では、圧電素子１をインクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーターとして用いる場合について説明したが、圧電素子１は、インクジェット式記録ヘッド用のヘッドアクチュエーター以外の圧電アクチュエーターとして用いることができる。
【００８９】
１−２．圧電素子の製造方法
次に、本実施の形態における圧電素子の製造方法について説明する。
【００９０】
（１）まず、表面が（１１０）面であるシリコン基板からなる基体２を用意する。基体２として用いられるシリコン基板としては、後述するようにこれにキャビティー（インクキャビティー）を形成することから、これに必要な厚さを有したものが用いられる。
【００９１】
続いて、この基体２を基板ホルダーに装填し、真空装置（図示せず）内に設置する。この真空装置内には、基体２に対向して、バッファ層７、８、９の構成元素を含む各ターゲット（バッファ層用ターゲット）を所定距離、離間して配置しておく。各ターゲットとしては、目的とする第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９の各組成と同一または近似した組成のものがそれぞれ好適に用いられる。
【００９２】
すなわち、第１バッファ層７用のターゲットとしては、所望のＹＳＺ組成、またはこれに近似した組成のものを用いることができる。第２バッファ層８用のターゲットとしては、所望のＣｅＯ２組成、またはこれに近似した組成のものを用いることができる。第３バッファ層９用のターゲットとしては、所望のＳｒＲｕＯ３組成、またはこれに近似した組成のものを用いることができる。
【００９３】
（２）次いで、図６に示すように、前述したようにイオンビームアシスト法を用いて、基体２上に第１バッファ層７を直接形成する。具体的には以下の通りである。
【００９４】
レーザー光を第１バッファ層７用のターゲットに照射し、このターゲットから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。このプルームは基体２上に向けて出射し、基体２上に接触するようになる。これとほぼ同時に、基体２の表面に対して、イオンビームを後述する所定角度で照射（入射）し、イオンビームアシストを行う。その結果、基体２表面に自然酸化膜が形成されているにもかかわらず、基体２上に、立方晶（１００）配向のＹＳＺからなる第1バッファ層７
がエピタキシャル成長によって形成される。
【００９５】
なお、ＹＳＺの構成原子をターゲットから叩き出す方法としては、前述したようにレーザー光をターゲット表面に照射する方法のほか、たとえば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線などをターゲット表面に照射（入射）する方法を用いることもできる。これらの方法の中では、レーザー光をターゲット表面に照射する方法が最も好ましい。この方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いることにより、原子をターゲットから容易に、かつ確実に叩き出すことができる。
【００９６】
このターゲットに照射するレーザー光としては、波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光が好適に用いられる。具体的には、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザーなどのエキシマレーザー、さらにＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。これらの中でも、特にＡｒＦエキシマレーザー、またはＫｒＦエキシマレーザーが好適に用いられる。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。
【００９７】
基体２の表面にイオンビームアシストとして照射するイオンビームについては、特に限定されないものの、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスのうちの少なくとも１種のイオン、または、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオンなどが好適に用いられる。このイオンビームのイオン源としては、例えば、Ｋａｕｆｆｍａｎイオン源などを用いるのが好ましい。このイオン源を用いることにより、イオンビームを比較的容易に生成することができる。
【００９８】
基体２表面に対するイオンビームの照射（入射）角度、すなわち前記の所定角度としては、特に限定されないものの、基体２の表面に対して３５〜６５°程度傾斜した角度とするのが好ましい。特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層７を形成する場合には、照射角度を４２〜４７°程度、また、蛍石型構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層７を形成する場合には、照射角度を５２〜５７°程度とするのがより好ましい。なお、本実施の形態では、蛍石型構造の金属酸化物であるＹＳＺによって第１バッファ層７を形成するので、照射角度を５２〜５７°程度、特に５５°程度としている。このような照射角度でイオンビームを基体２表面に照射することにより、立方晶（１００）配向の第１バッファ層７を良好に形成することができる。
【００９９】
ターゲットに対してはアルゴンなどのイオンを（１１１）方向から入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。ただし、ＭｇＯなどのＮａＣｌ構造の金属酸化物によって第１バッファ層７を形成する場合には、そのターゲットに対し、アルゴンなどのイオンを（１１０）方向で入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。
【０１００】
第１バッファ層７の形成における各条件については、第１バッファ層７がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることなく、たとえば次のような条件を採用することができる。
【０１０１】
レーザー光の周波数としては、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好ましい。レーザー光のエネルギー密度としては、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。
【０１０２】
イオンビームの加速電圧としては、１００〜３００Ｖ程度とするのが好ましく、１５０〜２５０Ｖ程度とするのがより好ましい。イオンビームの照射量としては、１〜３０ｍＡ程度とするのが好ましく、５〜１５ｍＡ程度とするのがより好ましい。
【０１０３】
基体２の温度としては、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのがより好ましい。基体２とターゲットとの距離としては、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【０１０４】
真空装置内の圧力としては、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。真空装置内の雰囲気としては、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【０１０５】
第１バッファ層７の形成条件をそれぞれ前記範囲とすれば、第１バッファ層７をエピタキシャル成長によって、より効率よく形成することができる。
【０１０６】
また、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第１バッファ層７の平均厚さを前記厚さ、すなわち１μｍ程度に調整することができる。このレーザー光およびイオンビームの照射時間は、前記各条件によって異なるものの、通常、２００秒以下とするのが好ましく、１００秒以下とするのがより好ましい。
【０１０７】
このような第１バッファ層７の形成方法によれば、イオンビームの照射角度を調整するイオンビームアシスト法を採用することにより、基体２表面に自然酸化膜が形成されているにもかかわらず、前述したように立方晶（１００）配向の第１バッファ層７を良好に形成することができる。なお、このように第１バッファ層７の配向方位を精度よく揃えることができるので、必要に応じて、この第１バッファ層７の平均厚さをより小さくすることもできる。
【０１０８】
（３）次に、図７に示すように、第１バッファ層７上に第２バッファ層８を形成する。第２バッファ層８の形成は、自然酸化膜上に形成する第１バッファ層７の場合とは異なり、良好な結晶構造を有する第１バッファ層７の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで行う。すなわち、第１バッファ層７用のターゲットに代えて、所望のＣｅＯ２組成、またはこれに近似した組成の第２バッファ層８用ターゲットを用いる。そして、第２バッファ層８用ターゲットにレーザー光を照射して、これから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の第１バッファ層７に向けて出射させ接触させる。その結果、第２バッファ層８が第１バッファ層上にエピタキシャル成長して形成される。
【０１０９】
第２バッファ層８を形成するための、レーザーアブレーション法等の条件については、第１バッファ層７を形成する際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様とすることができる。
【０１１０】
（４）次に、図８に示すように、第２バッファ層８上に第３バッファ層９を形成する。これにより第１バッファ層７、第２バッファ層８、および第３バッファ層９からなるバッファ層３を得ることができる。第３バッファ層９の形成では、第２バッファ層９の場合と同様にレーザーアブレーション法を単独で用いる。すなわち、第２バッファ層８用のターゲットに代えて、所望のＳｒＲｕＯ３組成、またはこれに近似した組成の第３バッファ層９用ターゲットを用意する。そして、第３バッファ層９用ターゲットにレーザー光を照射し、これから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基体２上の第２バッファ層８に向けて出射させ接触させる。その結果、第３バッファ層９が第２バッファ層８上にエピタキシャル成長して形成される。
【０１１１】
なお、この第３バッファ層９の形成では、必要に応じて、第１バッファ層７の形成工程と同様に、イオンビームアシストを用いることもできる。すなわち、第２バッファ層８の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に第３バッファ層９を形成することができる。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく第３バッファ層９を形成することができる。
【０１１２】
第３バッファ層９の形成における各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、第２バッファ層８上に到達し、かつ、第３バッファ層９がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはない。たとえば次のような条件を採用することができる。
【０１１３】
レーザー光の周波数としては、３０Ｈｚ以下程度とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下程度とするのがより好ましい。レーザー光のエネルギー密度としては、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。
【０１１４】
第２バッファ層８が形成された基体２の温度としては、３００〜８００℃程度とするのが好ましく、７００℃程度とするのがより好ましい。イオンビームの照射を併用する場合には、この温度を、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのが好ましい。第２バッファ層８が形成された基体２とターゲットとの距離としては、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【０１１５】
また、真空装置内の圧力としては、１気圧以下が好ましく、そのうち、酸素分圧については、３９９×１０−３Ｐａ（３×１０−３Ｔｏｒｒ）程度とするのが好ましい。イオンビームの照射を併用する場合には、真空装置内の圧力を、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。また、この場合、真空装置内の雰囲気としては、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【０１１６】
第３バッファ層９の形成条件をそれぞれ上述の範囲とすれば、第３バッファ層９をエピタキシャル成長によって、より効率よく形成することができる。このとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第３バッファ層９の平均厚さを前記厚さ、すなわち３０ｎｍ程度に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、上述の各条件によっても異なるものの、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。
【０１１７】
（５）次に、図９に示すように、第３バッファ層９（バッファ層３）上にたとえばＰｂＢａＯ３からなる下部電極４を形成する。具体的には、ＰｂＢａＯ３の前駆体溶液をスピンコート法や液滴吐出法等の塗布法で第３バッファ層９上に配する。次に、焼成等の熱処理を行うことにより、下部電極４を得る。より具体的には、たとえば以下の通りである。
【０１１８】
まず、前駆体溶液の塗布工程、溶媒除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望する膜厚に応じて適宜回数繰り返す。次に、結晶化アニールを行うことで圧電体膜５を形成する。各工程における条件は、たとえば以下のとおりである。
【０１１９】
混合溶液塗布工程は、混合液の塗布をスピンコートなどの塗布法で行う。まず、第３バッファ層９上に混合溶液を滴下する。滴下された溶液を基板全面に行き渡らせる目的でスピンを行う。スピンの回転数は、たとえば初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げて、塗布を完了させる。乾燥熱処理工程については、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点よりたとえば１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥）することで行う。脱脂熱処理工程については、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、３５０℃〜４００℃程度に加熱することで行う。結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程については、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）等を用いて、たとえば６００℃程度に加熱することで行う。焼結後の下部電極４の膜厚は、たとえば、１００〜１０００ｎｍ程度とすることができる。
【０１２０】
下部電極４の形成材料である前駆体溶液については、下部電極４となるＰｂＢａＯ３の構成金属、すなわち、ＰｂおよびＢａをそれぞれ含んでなる有機金属を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製する。ＰｂＢａＯ３の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属としては、金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を用いることができる。具体的には、ＰｂＢａＯ３の構成金属を含むカルボン酸塩またはアセチルアセトナート錯体としては、たとえば、以下のものが挙げられる。
【０１２１】
鉛（Ｐｂ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸鉛が挙げられる。バリウム（Ｂａ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸バリウムが挙げられる。なお、ＰｂＢａＯ３の構成金属を含んでなる有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【０１２２】
前駆体溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
【０１２３】
このようにして、擬立方晶（１００）に配向した第３バッファ層９上に下部電極４を形成することにより、下部電極４は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造であって、擬立方晶（１００）に優先配向した状態で形成される。下部電極４は、第３バッファ層９の配向を引き継いで形成される。
【０１２４】
なお、本実施の形態では下部電極４を液相法で形成する例について述べたが、レーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を用いて、下部電極４を形成することもできる。
【０１２５】
（６）次に、図１０に示すように、下部電極４上に圧電体膜５を形成する。圧電体膜５は、代表的には、前記一般式（１）の組成となる前駆体を用いて、たとえばゾルゲル法にて塗布膜を形成し、該塗布膜を結晶化させることにより形成できる。たとえば、一般式（１）で示すリラクサー系誘電体の組成は、以下の３成分の固溶体として得られる。すなわち、ｘＰｂ（Ｘ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３とｙＰｂ（Ｂ’）Ｏ３とＰｂＹＯ３とを形成するための溶液を用いて前記前駆体を形成できる。かかる３成分の組合せとしての例として以下の組成を挙げることができる。もちろん、これらの組成の組合せは単なる例であり、本発明はこれに限定されない。
【０１２６】
ｘＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ3−ｙＰｂ（Ｚｒ１‐ｉＴｉｉ）Ｏ３−ｚＰｂＹＯ３      ・・・（２）
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０のもとで、
０．３８≦ｘ≦０．７６
０．１９≦ｙ≦０．３２
０．０５≦ｚ≦０．３０
ｉ≦０．６０
である。ただし、ＭｇはＮｉで置き換えてもよい。
【０１２７】
ｘＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ｙＰｂ（Ｚｒ１‐ｉＴｉｉ）Ｏ３−ｚＰｂＹＯ３      ・・・（３）
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０のもとで、
０．５６≦ｘ≦０．９０
０．０５≦ｙ≦０．１４
０．０５≦ｚ≦０．３０
ｉ≦０．６０
である。
【０１２８】
圧電体膜５は、一般式（１）を構成する元素として、たとえば上記式（２）または（３）の組成を用いる場合には、Ｐｂ、Ｘ（ＭｇまたはＺｎ）、Ｎｂ、Ｂ’（Ｔｉ，Ｚｒ）、およびＹの少なくともいずれかを含む第１〜第５の原料溶液からなる混合溶液を用意し、これらの混合液に含まれる酸化物を熱処理等により結晶化させて得ることができる。
【０１２９】
第１の原料溶液としては、ＰＸＮＢ’Ｙ圧電体膜の構成金属元素のうち、ＰｂおよびＺｒによるＰｂＺｒＯ３ペロブスカイト結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１３０】
第２の原料溶液としは、ＰＸＮＢ’Ｙ圧電体膜の構成金属元素のうち、ＰｂおよびＴｉによるＰｂＴｉＯ３ペロブスカイト結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１３１】
第３の原料溶液としては、ＰＸＮＢ’Ｙ圧電体膜の構成金属元素のうち、ＰｂおよびＭｇまたはＺｎによるＰｂＭｇＯ３またはＰｂＺｎＯ３ペロブスカイト結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１３２】
第４の原料溶液としては、ＰＸＮＢ’Ｙ圧電体膜の構成金属元素のうち、ＰｂおよびＮｂによるＰｂＮｂＯ３ペロブスカイト結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１３３】
第５の原料溶液としては、ＰＸＮＢ’Ｙ圧電体膜の構成金属元素のうち、ＰｂおよびＹによるＰｂＹＯ３ペロブスカイト結晶を形成するため縮重合体をｎ−ブタノール等の溶媒に無水状態で溶解した溶液が例示できる。
【０１３４】
なお、圧電体膜５の形成材料である前駆体溶液については、圧電体膜５となるリラクサー材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属を各金属が所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作製することができる。リラクサー材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属としては、金属アルコキシドや有機酸塩といった有機金属を用いることができる。具体的には、リラクサー材料の構成金属を含むカルボン酸塩またはアセチルアセトナート錯体として、たとえば、以下のものが挙げられる。
【０１３５】
鉛（Ｐｂ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸鉛が挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機金属としては、たとえば、ジルコニウムブトキシドが挙げられる。チタン（Ｔｉ）を含む有機金属としては、たとえば、チタンイソプロポキシドが挙げられる。マグネシウム（Ｍｇ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸マグネシウムが挙げられる。ニオブ（Ｎｂ）を含む有機金属としては、たとえば、ニオブエトキシドが挙げられる。ニッケル（Ｎｉ）を含む有機金属としては、たとえば、ニッケルアセチルアセトナートが挙げられる。スカンジウム（Ｓｃ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸スカンジウムが挙げられる。インジウム（Ｉｎ）を含む有機金属としては、たとえば、インジウムアセチルアセトナートが挙げられる。亜鉛（Ｚｎ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸亜鉛が挙げられる。鉄（Ｆｅ）を含む有機金属としては、たとえば、酢酸鉄が挙げられる。ガリウム（Ｇａ）を含む有機金属としては、たとえば、ガリウムイソプロポキシドが挙げられる。タンタル（Ｔａ）を含む有機金属としては、たとえば、タンタルエトキシドが挙げられる。タングステン（Ｗ）を含む有機金属としては、たとえば、タングステンヘキサカルボニルが挙げられる。なお、リラクサー材料の構成金属を含んでなる有機金属としては、これらに限定されるわけではない。
【０１３６】
前駆体溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さらに、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に適当な量の水とともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
【０１３７】
上述した第１〜第５の原料溶液を用いて、圧電体膜５が所望の組成比となるように、第１〜第５の原料溶液を所望の比で混合する。この混合溶液に熱処理等を加えて結晶化させることにより、圧電体膜５を形成することができる。
【０１３８】
具体的には、混合溶液塗布工程、アルコール除去工程〜乾燥熱処理工程〜脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行い、その後に結晶化アニールにより焼成して圧電体膜５を形成する。各工程における条件は、たとえば以下のとおりである。
【０１３９】
混合溶液塗布工程は、混合液の塗布をスピンコートなどの塗布法で行う。まず、下部電極４上に混合溶液を滴下する。滴下された溶液を基板全面に行き渡らせる目的でスピンを行う。スピンの回転数は、たとえば初期では５００ｒｐｍ程度とし、続いて塗布ムラが起こらないように回転数を２０００ｒｐｍ程度に上げて、塗布を完了させる。乾燥熱処理工程については、大気雰囲気下でホットプレート等を用い、前駆体溶液に用いた溶媒の沸点よりたとえば１０℃程度高い温度で熱処理（乾燥）することで行う。脱脂熱処理工程については、前駆体溶液に用いた有機金属の配位子を分解／除去するべく、大気雰囲気下でホットプレートを用い、３５０℃〜４００℃程度に加熱することで行う。結晶化アニール、すなわち結晶化のための焼成工程については、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）等を用いて、たとえば６００℃程度に加熱することで行う。焼結後の圧電体膜５の膜厚は５００〜１５００ｎｍ程度とすることができる。
【０１４０】
このようにして、擬立方晶（１００）に優先配向したＰｂＢａＯ３からなる下部電極４上に圧電体膜５を形成することにより、圧電体膜５は、ペロブスカイト型でロンボヘドラル構造であって、擬立方晶（１００）に優先配向した状態で形成される。圧電体膜５は、下部電極４の配向を引き継いで形成される。
【０１４１】
なお、本実施の形態では圧電体膜５を液相法で形成する例について述べたが、レーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を用いて、圧電体膜５を形成することもできる。
【０１４２】
（７）次に、図１に示すように、圧電体膜５上にたとえばＰｂＢａＯ３からなる上部電極６を形成する。上部電極６は、たとえば液相法などによって形成することができる。上部電極６の製造方法については、下部電極４と同様であるので詳細な説明を省略する。
【０１４３】
（８）次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でＲＴＡ等を用いて行うことができる。これにより、上部電極６と圧電体膜５との良好な界面を形成することができ、かつ圧電体膜５の結晶性を改善することができる。
【０１４４】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる圧電素子１を製造することができる。
【０１４５】
１−３．作用・効果
本実施の形態に係る圧電素子１によれば、下部電極４は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。すなわち、下部電極４および圧電体膜５のどちらもＡサイトにＰｂを有する。これにより、高温条件下でも、圧電体膜５の鉛（Ｐｂ）原子は、下部電極４中に拡散することがないか、もしくは、拡散したとしても、圧電体膜５中の鉛原子と下部電極４中の鉛原子が入れ替わるだけである。その結果、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）の抜けにより、下部電極４と圧電体膜５との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、下部電極４と圧電体膜５との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、圧電体膜５自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子１は、良好な圧電特性を有することができる。
【０１４６】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、上部電極６は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。すなわち、上部電極６および圧電体膜５のどちらもＡサイトにＰｂを有する。これにより、高温条件下でも、圧電体膜５の鉛（Ｐｂ）原子は、上部電極６中に拡散することがないか、もしくは、拡散したとしても、圧電体膜５中の鉛原子と上部電極６中の鉛原子が入れ替わるだけである。その結果、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）の抜けにより、上部電極６と圧電体膜５との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、上部電極６と圧電体膜５との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、圧電体膜５自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子１は、良好な圧電特性を有することができる。
【０１４７】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、下部電極４は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。仮に、下部電極４が、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含まない場合、たとえば、下部電極４がＳｒＲｕＯ３からなるような場合には、下部電極４から圧電体膜５へＳｒが拡散して、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）および酸素の抜けなどが起こる場合がある。これにより、圧電体膜５と下部電極４との界面部において材料劣化が生じる場合がある。
【０１４８】
これに対し、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、下部電極４は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができる。したがって、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）および酸素の抜けなどにより、下部電極４と圧電体膜５との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、下部電極４と圧電体膜５との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、圧電体膜５自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子１は、良好な圧電特性を有することができる。
【０１４９】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、上部電極６は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができ、かつ、圧電体膜５は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する材料からなる。仮に、上部電極６が、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含まない場合、たとえば、上部電極６がＳｒＲｕＯ３からなるような場合には、上部電極６から圧電体膜５へＳｒが拡散して、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）および酸素の抜けなどが起こる場合がある。これにより、圧電体膜５と上部電極６との界面部において材料劣化が生じる場合がある。
【０１５０】
これに対し、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、上部電極６は、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むことができる。したがって、圧電体膜５における鉛（Ｐｂ）および酸素の抜けなどにより、上部電極６と圧電体膜５との界面部において材料劣化が生じることを防ぐことができる。そして、上部電極６と圧電体膜５との界面部に組成ずれが生じて、誘電率の低い領域が該界面部に形成されることを防ぐことができる。したがって、圧電体膜５自体に十分な電圧を印加することができる。すなわち、本実施の形態に係る圧電素子１は、良好な圧電特性を有することができる。
【０１５１】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、下部電極４および上部電極６の両方が、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含むこともできる。この場合、下部電極４が、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含む場合の上述の作用・効果と、上部電極６が、ペロブスカイト型構造であってＡサイトにＰｂを有する導電性材料を含む場合の上述の作用・効果との両方を奏することができる。
【０１５２】
また、本実施の形態に係る圧電素子１によれば、圧電体膜５として上述の各式で示されるリラクサー材料を用いることができる。その結果、本実施の形態に係る圧電素子１は、圧電定数が十分に高いものとなる。したがって、本実施の形態に係る圧電素子１、より具体的には圧電体膜５は、より良好な変形をなすものとなる。
【０１５３】
１−４．実験例
上述の圧電素子の製造方法に基づき、圧電素子１を以下のようにして作製した。
【０１５４】
まず、基板２上にバッファ層３を介して、擬立方晶（１００）に優先配向しているＰｂＢａＯ３（以下、「ＰＢＯ」ともいう。）からなる下部電極４を液相法で形成した。具体的には以下の通りである。
【０１５５】
まず、ＰＢＯの前駆体溶液を以下のようにして調製した。まず、酢酸鉛、および酢酸バリウムの各金属試薬の金属試薬をそれぞれ用意した。次に、形成するＰＢＯに対応したモル比となるようにこれらを混合するとともに、これらをブチルセロソルブに溶解（分散）させた。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。
【０１５６】
そして、この前駆体溶液をスピンコート法によってバッファ層３上に塗布した（前駆体溶液の塗布工程）。次に、溶媒の沸点（ブチルセロソルブの場合、１７０℃程度）より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去しゲル化させた（乾燥熱処理工程）。次に、さらに３５０℃程度に加熱することで膜中に残存している溶媒以外の有機成分を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、アモルファス膜を形成した。次に、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで下部電極４を形成した。下部電極４の膜厚は、２００ｎｍとした。
【０１５７】
次に、０．７０Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−０．３０ＰｂＴｉＯ３（以下、「ＰＭＮ−ＰＴ」ともいう）の前駆体溶液を以下のようにして調製した。
【０１５８】
まず、酢酸鉛、チタンイソプロポキシド、酢酸マグネシウム、ニオブエトキシドの各金属試薬の金属試薬をそれぞれ用意した。次に、形成するＰＭＮ−ＰＴに対応したモル比となるようにこれらを混合するとともに、これらをブチルセロソルブに溶解（分散）させた。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。
【０１５９】
そして、この前駆体溶液をスピンコート法によって下部電極４上に塗布した（前駆体溶液の塗布工程）。次に、溶媒の沸点（ブチルセロソルブの場合、１７０℃程度）より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去しゲル化させた（乾燥熱処理工程）。次に、さらに３５０℃程度に加熱することで膜中に残存している溶媒以外の有機成分を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、アモルファス膜を形成した。次に、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで圧電体膜５を形成した。圧電体膜５の膜厚は、５００ｎｍとした。
【０１６０】
次に、圧電体膜５上に、擬立方晶（１００）に優先配向しているＰＢＯからなる上部電極６を液相法で形成して、圧電素子１を得た。具体的には以下の通りである。
【０１６１】
まず、ＰＢＯの前駆体溶液を以下のようにして調製した。まず、酢酸鉛、および酢酸バリウムの各金属試薬の金属試薬をそれぞれ用意した。次に、形成するＰＢＯに対応したモル比となるようにこれらを混合するとともに、これらをブチルセロソルブに溶解（分散）させた。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミンの代わりに酢酸を用いることもできる。
【０１６２】
そして、この前駆体溶液をスピンコート法によって圧電体膜５上に塗布した（前駆体溶液の塗布工程）。次に、溶媒の沸点（ブチルセロソルブの場合、１７０℃程度）より約１０℃高い温度で熱処理（乾燥）して溶媒を除去しゲル化させた（乾燥熱処理工程）。次に、さらに３５０℃程度に加熱することで膜中に残存している溶媒以外の有機成分を分解／除去し（脱脂熱処理工程）、アモルファス膜を形成した。次に、酸素雰囲気中でラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）を用いて６００℃程度に加熱し、結晶化を行うことで上部電極６を形成した。上部電極６の膜厚は、２００ｎｍとした。
【０１６３】
このようにして得られた圧電素子１における、圧電体膜５をＸ線回折法（ＸＲＤ）で調べたところ、擬立方晶（１００）に優先配向していることが確認され、さらにロンボヘドラル構造であることも確認された。また、圧電体膜５をラマン散乱法を用いて解析したところ、ＰＸＮＢ’に添加したＹがすべてペロブスカイト型構造のＢサイトに位置していることが確認できた。
【０１６４】
また、この圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）を測定したところ、４５０ｐＣ／Ｎであった。また、リーク電流は、１００ｋＶ／ｃｍのとき、１０−５Ａ／ｃｍ２未満であった。さらに、圧電素子１の３００ｋＶ／ｃｍ印加時における繰り返し耐久性を調べたところ、１×１０９回を保証できる耐久性を備えていた。
【０１６５】
なお、以下の表１に示すリラクサー材料を用いて圧電体膜５を作製し、圧電定数（ｄ３１）を調べたところ、いずれもｄ３１は４００ｐＣ／Ｎ以上という高い圧電特性を示した。ここで、表１のｄ３１は、絶対値を示している。圧電定数の測定方法は以下のように行った。
【０１６６】
まず実際のキャビティにおける電圧印加時の圧電体膜５の変位量Ｓを、レーザー変位計を用いて実測する。この値Ｓと、有限要素法による圧電変位のシミュレーションで得られた変位量Ｓ’とを比較することで、有限要素法で仮定した圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）をあわせ込むことができる。ちなみに有限要素法による圧電変位シミュレーションで必要になる物理量は、各膜のヤング率、膜応力、および圧電体膜５の圧電定数（ｄ３１）である。
【０１６７】
また、リラクサー材料の組成において、ＰｂＴｉＯ３に代えて、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｙＴｉｙ）Ｏ３であってもよい。また、ｙの値は、０.７≦ｙ≦１が好ましい。
【０１６８】
【表１】
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【０１６９】
２−１．インクジェット式記録ヘッド
次に、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図１１は、図１に示した圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図１２は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図１２は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
【０１７０】
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５０は、図１１に示すように、ヘッド本体５７と、ヘッド本体５７の上に設けられた圧電素子５４と、を備えて構成されたものである。なお、図１１に示した圧電素子５４は、図１に示した圧電素子１における下部電極４と、圧電体膜５と、上部電極６とからなるものであり（図１２参照）、図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３は、図１１において弾性板５５となっている。また、基体２（図１参照）は後述するようにヘッド本体５７の要部を構成するものとなっている。
【０１７１】
すなわち、このヘッド５０は、図１２に示すようにノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性板５５と、弾性板５５に接合された圧電素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されて構成されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【０１７２】
ノズル板５１は、たとえばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
【０１７３】
このノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。インク室基板５２は、上述の基体２によって形成されたものである。インク室基板５２は、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性板５５によって、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティー５２１にインクが供給される。
【０１７４】
キャビティー５２１は、それぞれ短冊状に形成されている。キャビティー５２１の平面形状は、図１３に示すように、長軸と短軸とを有した矩形状（平行四辺形状）である。キャビティー５２１の長軸、短軸の代表的なスケールは、それぞれ２ｍｍ、６０μｍである。キャビティー５２１は、図１１、図１２に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティー５２１は、後述する弾性板５５の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
【０１７５】
インク室基板５２を得るための母材、すなわち上述の基体２としては、（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）が用いられている。この（１１０）配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板５２を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、図１に示したバッファ層３の形成面、すなわち弾性板５５の形成面が（１１０）面となるようにして用いられている。
【０１７６】
インク室基板５２の平均厚さ、すなわちキャビティー５２１を含む厚さとしては、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティー５２１の容積としては、特に限定されないが、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【０１７７】
インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性板５５が配設されている。さらに弾性板５５のインク室基板５２と反対の側には複数の圧電素子５４が設けられている。弾性板５５は、前述したように図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３、すなわち第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９によって構成されたものである。ただし、このバッファ層３においては、前述したように特に第１バッファ層７が他のバッファ層８、９に比べその厚さが格段に厚くなっていることから、実質的にはこの第１バッファ層７が、弾性板５５として機能する。
【０１７８】
弾性板５５の所定位置には、図１２に示すように、弾性板５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【０１７９】
各圧電素子５４は、前述したように下部電極４と上部電極６との間に圧電体膜５が介挿されて構成されている。各圧電素子５４は、図１４に示すように、各々が各キャビティー５２１のほぼ中央部に対応して配設された、平面視長方形状のものである。これら各圧電素子５４は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電素子５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能する。弾性板５５は、圧電素子５４の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
【０１８０】
基体５６は、たとえば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図１２に示すように、この基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。
【０１８１】
２−２．インクジェット式記録ヘッドの動作
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の動作について説明する。本実施の形態におけるヘッド５０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に電圧が印加されていない状態では、図１５に示すように圧電体膜５に変形が生じない。このため、弾性板５５にも変形が生じず、キャビティー５２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。
【０１８２】
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極４と上部電極６との間に一定電圧（たとえば３０Ｖ程度）が印加された状態では、図１６に示すように圧電体膜５においてその短軸方向にたわみ変形が生じる。これにより、弾性板５５がたとえば５００ｎｍ程度たわみ、キャビティー５２１の容積変化が生じる。このとき、キャビティー５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。
【０１８３】
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜５の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態では、圧電体膜５にとっては面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって弾性板５５をそらせ、たわませることになる。キャビティー５２１の短軸方向での圧電体膜５の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性板５５のたわみ量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。すなわち、駆動回路を簡略化することができ、同時に消費電力を低減することができるため、ノズル５１１のピッチをより高密度に形成することができる。または、キャビティー５２１の長軸の長さを短くすることができるため、ヘッド全体を小型化することができる。
【０１８４】
１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４と上部電極６との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子５４は図１５に示した元の形状に戻り、キャビティー５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からキャビティー５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てキャビティー５２１へ供給される。
【０１８５】
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電素子５４に対して、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【０１８６】
２−３．インクジェット式記録ヘッドの製造方法
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の製造方法の一例について説明する。
【０１８７】
まず、インク室基板５２となる母材、すなわち（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）からなる基体２を用意する。次に、図６〜図８に示すように、基体２上にバッファ層３（第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９）を形成する。次にバッファ層３上に下部電極４、圧電体膜５、上部電極６を順次形成する。なお、ここで形成したバッファ層３が、弾性板５５となるのは前述した通りである。
【０１８８】
次いで、上部電極６、圧電体膜５、下部電極４を、図１４に示すように、個々のキャビティー５２１に対応させてパターニングし、図１１に示すように、キャビティー５２１の数に対応した数の圧電素子５４を形成する。
【０１８９】
次いで、インク室基板５２となる母材（基体２）を加工（パターニング）し、圧電素子５４に対応する位置にそれぞれキャビティー５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。具体的には、キャビティー５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せてマスク層を形成する。次に、たとえば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式などのドライエッチング、あるいは５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行う。
【０１９０】
本実施の形態では、母材（基体２）として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、高濃度アルカリ水溶液を用いたウエットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングの際には、前述したようにバッファ層３における第１バッファ層７をエッチングストッパとして機能させることができることから、インク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
【０１９１】
このようにして母材（基体２）を、その厚さ方向に弾性板５５（バッファ層３）が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板５２を形成する。このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となる。露出したバッファ層３（弾性板５５）は、弾性板５５としての機能を発揮し得る状態となる。
【０１９２】
次いで、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各キャビティー５２１となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で接合する。これにより、複数のキャビティー５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が形成される。ノズル板５１の接合については、たとえば接着剤による接着法や、融着法などを用いることができる。次に、インク室基板５２を基体５６に取り付ける。
【０１９３】
以上の工程によって、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０を製造することができる。
【０１９４】
２−４．作用・効果
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０によれば、前述したように、圧電素子５４（圧電素子１）が良好な圧電特性を有することで効率的なインクの吐出が可能となっていることから、ノズル５１１の高密度化などが可能となる。したがって、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。
【０１９５】
３−１．インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５０を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図１７は、本発明のインクジェットプリンター６０を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図１７中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
【０１９６】
インクジェットプリンター６０は、装置本体６２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６９を有する。
【０１９７】
操作パネル６９は、たとえば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプなどで構成されたもので、エラーメッセージなどを表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチなどで構成される操作部（図示せず）とを備えている。
【０１９８】
装置本体６２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット５３を備えた印刷装置５８と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置５８に送り込む給紙装置６５と、印刷装置５８および給紙装置６５を制御する制御部５９とが設けられている。
【０１９９】
制御部５９の制御により、給紙装置６５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット５３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット５３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット５３の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【０２００】
印刷装置５８は、ヘッドユニット５３と、ヘッドユニット５３の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット５３を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
【０２０１】
ヘッドユニット５３は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【０２０２】
インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット５３には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【０２０３】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。
【０２０４】
キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。
【０２０５】
キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット５３が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０２０６】
給紙装置６５は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置５８に向かって１枚ずつ送り込むことができる。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成とすることもできる。
【０２０７】
制御部５９は、たとえばパーソナルコンピュータやディジタルカメラなどのホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置５８や給紙装置６５などを制御することにより印刷を行うものである。
【０２０８】
制御部５９には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラムなどを記憶するメモリ、圧電素子（振動源）５４を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置５８（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。
【０２０９】
ＣＰＵには、たとえば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット５３の位置、温度、湿度などの印刷環境などを検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。制御部５９は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子５４、印刷装置５８および給紙装置６５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【０２１０】
３−２．作用・効果
本実施の形態にかかるインクジェットプリンター６０によれば、前述したように、高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５０を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
【０２１１】
なお、本発明のインクジェットプリンター６０は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【０２１２】
４−１．圧電ポンプ
次に、本実施の形態に係る圧電ポンプについて図面を参照しながら説明する。図１８および図１９は、図１に示す圧電素子１を用いた圧電ポンプ２０の概略断面図である。図１８および図１９に示す圧電素子２２は、図１に示した圧電素子１における下部電極４と、圧電体膜５と、上部電極６とからなるものであり、図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３は、図１８および図１９において振動板２４となっている。また、基体２（図１参照）は、圧電ポンプ２０の要部を構成する基体２１となっている。圧電ポンプ２０は、基体２１と、圧電素子２２と、ポンプ室２３と、振動板２４と、吸入側逆止弁２６ａと、吐出側逆止弁２６ｂと、吸入口２８ａと、吐出口２８ｂとを含む。
【０２１３】
４−２．圧電ポンプの動作
次に、上述の圧電ポンプの動作について説明する。まず、圧電素子２２に電圧が供給されると、圧電体膜５（図１参照）の膜厚方向に電圧が印加される。そして、図１８に示すように、圧電素子２２は、ポンプ室２３が広がる方向（図１８に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が広がる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吸入口２８ａからポンプ室２３内に流れる（図１８に示す矢印ｂの方向）。
【０２１４】
次に、圧電素子２２への電圧の供給を停止すると、圧電体膜５（図１参照）の膜厚方向への電圧の印加が停止される。そして、図１９に示すように、圧電素子２２は、ポンプ室２３が狭まる方向（図１９に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、圧電素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が狭まる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吐出口２８ｂから外部に吐出される（図１９に示す矢印ｂの方向）。
【０２１５】
圧電ポンプ２０の駆動電圧は、たとえば１００Ｖ（ＡＣ）程度とすることができる。また、圧電ポンプ２０の駆動周波数は、たとえば、数十Ｈｚ〜数十ｋＨｚ程度とすることができる。
【０２１６】
４−３．作用・効果
本実施の形態に係る圧電ポンプ２０によれば、前述したように、圧電素子２２（圧電素子１）が良好な圧電特性を有することによって、流体の吸入・吐出を効率的に行うことができる。したがって、本実施の形態に係る圧電ポンプ２０によれば、大きな吐出圧および吐出量を有することができる。また、圧電ポンプ２０の高速動作が可能となる。さらには、圧電ポンプ２０の全体の小型化を図ることができる。
【０２１７】
５−１．表面弾性波素子
次に、本実施の形態に係る表面弾性波素子について、図面を参照しながら説明する。表面弾性波素子は、図２０に示すように、単結晶シリコン基板１１と、バッファ層１２と、導電膜１３と、圧電体膜１４と、保護膜としての酸化物または窒化物からなる保護層１５と、電極１６とから構成されている。電極１６は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」という）であり、上部から観察すると、たとえば後述する図２１および図２２に示すインターディジタル型電極１４１、１４２、１５１、１５２、１５３のような形状を有する。
【０２１８】
５−２．表面弾性波素子の製造方法
次に、本発明を適用した表面弾性波素子の製造方法の一例について説明する。
【０２１９】
まず、単結晶シリコン基板１１として自然酸化膜が表面に形成されたＳｉ（１１１）基板を用意する。ここで用意する単結晶シリコン基板１１としては、予め薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子を作製しておいたものとしてもよく、その場合には、得られる表面弾性波素子はこの半導体素子との集積化がなされたものとなる。
【０２２０】
次に、この単結晶シリコン基板１１上に、図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３を形成し、これをバッファ層１２とする。なお、このバッファ層１２（バッファ層３）の形成は、前述したように第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９をこの順に積層することで行う。このようにして形成するバッファ層１２の厚さ、すなわち第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９の合計の厚さとしては、たとえば１μｍ程度とされる。ただし、これに限るものでないのはもちろんである。
【０２２１】
次いで、前記バッファ層１２上に、図１に示した下部電極４を形成し、これを導電膜１３とする。次いで、この導電膜１３上に、図１に示した圧電体膜５、すなわち上述のロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＰＸＮＢ’Ｙからなる圧電体膜５を厚さ１μｍ程度に形成し、これを圧電体膜１４とする。
【０２２２】
次いで、この圧電体膜１４上に、保護層１５として酸化シリコン膜をたとえばレーザーアブレーション法によって形成する。この保護層１５は、圧電体膜１４を雰囲気から保護して、たとえば雰囲気中の水分や不純物による影響を防ぐと同時に、圧電体膜１４の温度特性をコントロールする役割も果たす。なお、このような目的を満たす限り、保護膜の材質としては酸化シリコンに限定されるものではない。
【０２２３】
次に、保護層１５上に、たとえばアルミニウム薄膜を成膜し、続いてこれをパターニングすることにより、ＩＤＴと呼ばれる所望の形状の電極１６を形成し、図２０に示した表面弾性波素子を得る。
【０２２４】
５−３．作用・効果
本実施の形態に係る表面弾性波素子によれば、擬立方晶（１００）配向した結晶膜からなるバッファ層１２上に、やはり擬立方晶（１００）配向した導電膜１３（図１の下部電極４）を介して圧電体膜１４を形成するので、圧電体膜１４がロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向にエピタキシャル成長するようになる。したがって、この圧電体膜１４が良好な膜質となり、これにより表面弾性波素子自体も高性能なものとなる。
【０２２５】
また、バッファ層１２上に、擬立方晶（１００）配向した導電膜１３（図１の下部電極４）を介在させて圧電体膜１４を形成しているので、圧電体膜１４がバッファ層１２上に直接配向しにくい場合にも、圧電体膜１４を良好に配向させつつ成膜することができる。したがって、圧電体膜１４として電気機械結合係数を高くすることができる材質を選択することができ、これにより表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【０２２６】
また、特にバッファ層１２上に上述のロンボヘドラル構造で擬立方晶（１００）配向のＰＸＮＢ’Ｙをエピタキシャル成長させる場合には、導電膜１３の形成を省略してバッファ層１２上に直接圧電体膜１４を形成することもできる。その場合にも、圧電体膜１４が良好な膜質となることにより、表面弾性波素子自体が高性能なものとなる。
【０２２７】
６−１．周波数フィルタ
次に、本実施の形態に係る周波数フィルタについて、図面を参照しながら説明する。図２１に、本発明の周波数フィルタの一実施形態を示す。
【０２２８】
図２１に示すように、周波数フィルタは基板１４０を有する。この基板１４０としては、たとえば図２０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられる。すなわち、単結晶シリコン基板１１上にバッファ層１２、導電膜１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。
【０２２９】
基板１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１および１４２が形成されている。ＩＤＴ電極１４１、１４２は、たとえばＡｌまたはＡｌ合金によって形成されており、その厚みはＩＤＴ電極１４１、１４２のピッチの１００分の１程度に設定されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基板１４０の上面には吸音部１４３、１４４が形成されている。吸音部１４３、１４４は、基板１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。
【０２３０】
６−２．周波数フィルタの動作
次に、上述の周波数フィルタの動作について説明する。前記構成において、高周波信号源１４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極１４１に印加され、これによって基板１４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板１４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極１４１から吸音部１４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部１４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極１４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極１４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子１４６ａ、１４６ｂに取り出される。なお、前記特定の周波数または特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極１４２を通過して吸音部１４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号のうち、特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
【０２３１】
７−１．発振器
次に、本実施の形態に係る発振器ついて、図面を参照しながら説明する。図２２に、本発明の発振器の一実施形態を示す。
【０２３２】
図２２に示すように、発振器は基板１５０を有する。この基板１５０としては、先の周波数フィルタと同様に、たとえば図２０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。すなわち、単結晶シリコン基板１１上にバッファ層１２、導電膜１３、圧電体膜１４、保護層１５をこの順に積層して形成された基板である。
【０２３３】
基板１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２、１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１〜１５３は、たとえばＡｌまたはＡｌ合金によって形成されたもので、それぞれの厚みはＩＤＴ電極１５１〜１５３各々のピッチの１００分の１程度に設定されている。ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２、１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
【０２３４】
７−２．発振器の動作
次に、上述の発振器の動作について説明する。前記構成において、高周波信号源１５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極１５１の一方の櫛歯状電極１５１ａに印加され、これによって基板１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波およびＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。なお、この表面弾性波の速度は５０００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２およびＩＤＴ電極１５３で反射され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極１５２、１５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極１５１の他方の櫛歯状電極１５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との共振周波数に応じた周波数（または、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子１５５ａと端子１５５ｂに取り出すことができる。
【０２３５】
７−３．電圧制御ＳＡＷ発振器
図２３および図２４は、本発明の発振器（表面弾性波素子）をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を示す図であり、図２３は側面透視図であり、図２４は上面透視図である。
【０２３６】
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌまたはステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２および発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。
【０２３７】
発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図２２に示した発振器とほぼ同様である。なお、基板６４には、先の実施形態と同様に、たとえば図２０に示した表面弾性波素子を形成した基板が用いられている。
【０２３８】
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２および配線６６が、たとえば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３および配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【０２３９】
また、前記のＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器（表面弾性波素子）６３を同一基板上に集積させて形成することも可能である。
【０２４０】
図２５に、ＩＣ６２と発振器６３とを集積させたＶＣＳＯの概略図を示す。なお、図２５中において発振器６３は、図２０に示した表面弾性波素子において導電膜１３の形成を省略した構造を有している。
【０２４１】
図２５に示すように、ＶＣＳＯは、ＩＣ６２と発振器６３とにおいて、単結晶シリコン基板６１（１１）を共有させて形成されている。ＩＣ６２と、発振器６３に備えられた電極６５ａ（１６）とは、図示しないものの電気的に接続されている。本実施の形態では、ＩＣ６２を構成するトランジスタとして、特に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を採用している。
【０２４２】
ＩＣ６２を構成するトランジスタとしてＴＦＴを採用することにより、本実施の形態では、まず、単結晶シリコン基板６１上に発振器（表面弾性波素子）６３を形成し、その後、単結晶シリコン基板６１とは別の第２の基板上で形成したＴＦＴを、単結晶シリコン基板６１上に転写させて、ＴＦＴと発振器６３を集積させることができる。したがって、基板上にＴＦＴを直接形成させることが困難か、あるいは形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。転写方法については、種々の方法が採用可能であるが、特に、特開平１１−２６７３３号公報に記載の転写方法が好適に採用できる。
【０２４３】
図２３〜図２５に示すＶＣＳＯは、たとえば、図２６に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。
【０２４４】
図２６はＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図であり、この図２６に示すようにＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものであり、増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数が、ある範囲で連続的に変化する発振回路である。
【０２４５】
このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
【０２４６】
８．電子回路および電子機器
次に、本実施の形態に係る電子回路および電子機器について、図面を参照しながら説明する。図２７に、本発明の電子回路の一実施形態として、その電気的構成をブロック図で示す。なお、図２７に示す電子回路は、たとえば、図２８に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。ここで、図２８に示した携帯電話機１００は、本発明の電子機器の一例としてのもので、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５などを備えて構成されている。
【０２４７】
図２７に示す電子回路は、携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を有したもので、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、および入力／表示回路９４を備えて構成されたものである。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【０２４８】
送話器８０は、たとえば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるもので、図２８に示す携帯電話機１００中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、たとえばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、たとえば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。なお、送信フィルタ８３から出力される信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換されるようになっている。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
【０２４９】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。なお、送受分波器８５から出力される受信信号の周波数は、たとえば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。なお、低雑音増幅器８７から出力される信号は、図示しない変換回路によってＩＦに変換されるようになっている。
【０２５０】
受信フィルタ８８は、図示しない変換回路によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。なお、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、たとえば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、たとえばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、たとえば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるもので、図２８に示した携帯電話機１００中の受話器１０２に相当するものである。
【０２５１】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号（たとえば、周波数３８０ＭＨｚ程度）および受信ミキサ８９へ供給する信号（たとえば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ９２は、たとえば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、さらに分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成するようになっている。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、および入力／表示回路９４を制御することにより、携帯電話機の全体動作を制御するものである。入力／表示回路９４は、図２８に示す携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、たとえばこの携帯電話機１００の液晶表示部１０４および操作釦部１０５に相当するものである。
【０２５２】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、図２１に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３および受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図２６に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図２２に示す発振器、または図２３〜図２５に示す発振器（ＶＣＳＯ）を設けている。
【０２５３】
９−１．第１の薄膜圧電共振器
次に、本実施の形態に係る薄膜圧電共振器について、図面を参照しながら説明する。図２９に、本発明の薄膜圧電共振器の一実施形態を示す。図２９に示す薄膜圧電共振器３０は、特に通信用素子や通信用フィルタとして用いられるダイアフラム型の薄膜圧電共振器３０であり、この薄膜圧電共振器３０は、単結晶シリコン基板からなる基体３１上に、弾性板３２を介して共振子３３を形成したものである。
【０２５４】
基体３１は、（１１０）配向した厚さ２００μｍ程度の単結晶シリコン基板からなるもので、その底面側（弾性板３２と反対の側）には、該基体３１の底面側から上面側にまで貫通するビアホール３４が形成されている。
【０２５５】
弾性板３２は、本実施の形態では図１に示した圧電素子１におけるバッファ層３によって形成されたもので、基体３１の（１１０）面上に形成されたものである。また、共振子３３は、図１に示した圧電素子１における下部電極４、圧電体膜５、上部電極６によって形成されている。このような構成のもとに薄膜圧電共振器３０は、基体３１上に図１に示した圧電素子１の主部（基体２を除く部分）をそのまま形成した構成のものとなっている。
【０２５６】
すなわち、弾性板３２を構成するバッファ層３は、前述したように第１のバッファ層７と第２のバッファ層８と第３のバッファ層９とからなっている。特に第１バッファ層７は、イオンビームアシスト法によってエピタキシャル成長させられており、これによって基体３１上に直接形成されている。
【０２５７】
弾性板３２については、たとえば基体３１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ２００ｎｍ程度に形成し、さらにその上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を厚さ４００ｎｍ〜３μｍ程度に形成しておき、これらの上にバッファ層３を形成して、これら窒化シリコンと二酸化シリコンとバッファ層３との積層膜を弾性板３２とすることもできる。
【０２５８】
圧電体膜５は、ンボヘドラル構造であり、かつ擬立方晶（１００）配向のＰＸＮＢ’Ｙからなっている。なお、本実施の形態では厚さが０．９μｍ程度に形成されている。
【０２５９】
上部電極６は、Ｐｔからなっている。上部電極６は、本実施の形態では厚さ７００ｎｍ程度に厚く形成されている。上部電極６についても、Ｐｔに限定されることなく、Ｉｒ、ＩｒＯｘなど公知の電極材料を用いることができる。
【０２６０】
なお、この上部電極６には、弾性板３２上に形成された電極３５に電気的に接続するための、金などからなる配線３７がパッド３６を介して設けられている。
【０２６１】
９−２．第１の薄膜圧電共振器の製造方法
次に、上述の薄膜圧電共振器３０の製造方法について説明する。まず、基体３１となる母材、すなわち前述した（１１０）配向の単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）を用意する。そして、このＳｉ基板上にバッファ層３（第１バッファ層７、第２バッファ層８、第３バッファ層９）を形成し、さらにその上に下部電極４、圧電体膜５、上部電極６を順次形成する。なお、弾性板３２として窒化シリコンと二酸化シリコンとバッファ層３との積層膜を採用する場合には、バッファ層３の形成に先立ってＳｉ基板上に窒化シリコンと二酸化シリコンとをこの順に形成しておく。この場合に、バッファ層３の第１バッファ層７は二酸化シリコン上に形成されることになるが、前述したようにイオンビームアシスト法を用いてエピタキシャル成長させることにより、この第１バッファ層７は二酸化シリコン上にも良好に形成されるようになる。
【０２６２】
次いで、上部電極６、圧電体膜５、下部電極４を、ビアホール３４に対応させてそれぞれパターニングし、共振子３３を形成する。なお、特に下部電極４のパターニングに際しては、図２９に示したように下部電極４とは別に、電極３５も同時に形成しておく。
【０２６３】
次いで、単結晶シリコン基板をその底面側からエッチング等によって加工（パターニング）し、これを貫通するビアホール３４を形成する。次に、上部電極６と電極３５との間を接続するパッド３６及び配線３７を形成する。
【０２６４】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる薄膜圧電共振器３０を製造することができる。
【０２６５】
９−３．作用・効果
本実施の形態に係る第１の薄膜圧電共振器３０によれば、たとえば１．４ＧＨｚ、１．８ＧＨｚといったＧＨｚ帯の波長にて吸収ピークを有するものとなり、したがってこのようなＧＨｚ帯などの高周波数領域で共振する共振器となる。また、この薄膜圧電共振器３０にあっては、特にＰＸＮＢ’Ｙからなる圧電体膜が高い電気機械結合係数（たとえばｋ２＝５〜１０％）を有することから、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。
【０２６６】
９−４．第２の薄膜圧電共振器
図３０は、本実施の形態にかかる第２の薄膜圧電共振器を示す図である。薄膜圧電共振器４０が図２９に示した薄膜圧電共振器３０と主に異なるところは、ビアホールを形成せず、基体４１と共振子４２との間にエアギャップ４３を形成した点にある。
【０２６７】
すなわち、この薄膜圧電共振器４０は、（１１０）配向した単結晶シリコン基板からなる基体４１上に、共振子４２を形成している。この共振子４２は、前述した下部電極４、圧電体膜５、上部電極６と同じ材質からなる下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６によって形成されており、特にエアギャップ４３上にて、これら下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６が積層されて形成されている。
【０２６８】
ここで、本実施の形態では、下部電極４４の下側に前記エアギャップ４３を覆った状態でバッファ層３が形成されており、このバッファ層３が先の例と同様に弾性板４７となっている。なお、この弾性板４７についても、先の例と同様に基体４１上に窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておき、これの上にバッファ層３を形成してこれらの積層膜を弾性板４７としてもよい。
【０２６９】
９−５．第２の薄膜圧電共振器の製造方法
第２の薄膜圧電共振器４０を形成するには、まず、基体４１上にたとえばゲルマニウム（Ｇｅ）を蒸着等によって成膜し、さらにこれを形成するエアギャップの形状と同じ形状にパターニングすることにより、犠牲層を形成する。
【０２７０】
次に、この犠牲層を覆ってバッファ層３、すなわち前述した第１のバッファ層と第２のバッファ層と第３のバッファ層とをこの順に形成する。なお、これに先だって窒化シリコンと二酸化シリコンとを形成しておき、あるいは二酸化シリコンのみを形成しておいてもよい。続いて、これらバッファ層を所望形状にパターニングする。
【０２７１】
次いで、バッファ層３を覆って下部電極４４となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、下部電極４４を形成する。次いで、下部電極４４を覆って圧電体膜４５となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、圧電体膜４５を形成する。
【０２７２】
次いで、圧電体膜４５を覆って上部電極４６となる層を形成し、さらにこれをドライエッチング等でパターニングすることにより、上部電極４６を形成する。なお、このようにして犠牲層の上に、バッファ層３、下部電極４４、圧電体膜４５、上部電極４６をそれぞれパターニングして形成することにより、犠牲層はその一部が外側露出したものとなる。次に、前記犠牲層をたとえば過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）でエッチングすることで基体４１上から除去し、これによってエアギャップ４３を形成する。
【０２７３】
以上の工程によって、本実施の形態にかかる薄膜圧電共振器４０を製造することができる。
【０２７４】
９−６．作用・効果
本実施の形態にかかる第２の薄膜圧電共振器４０によれば、たとえば２ＧＨｚの波長にて吸収ピークを有するものとなり、したがってこのようなＧＨｚ帯などの高周波数領域で共振する共振器となる。また、この薄膜圧電共振器４０にあっても、特にＰＸＮＢ’Ｙからなる圧電体膜が高い電気機械結合係数（たとえばｋ２＝５〜１０％）を有することから、小型（薄型）であるにもかかわらず良好に機能するものとなる。
【０２７５】
また、前述した薄膜圧電共振器３０、４０にあっては、インダクタンスやコンデンサなどの回路構成要素と適宜に組み合わされることにより、良好な誘導フィルタを構成するものとなる。
【０２７６】
以上、本実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンター、圧電ポンプ、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、薄膜圧電共振器及び電子機器（携帯電話機１００）について説明したが、本発明は、前記実施の形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。本発明に係る圧電素子は、前述したデバイスに適用されるだけでなく、種々のデバイスに適用可能である。
【０２７７】
たとえば、前記実施の形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路をその一例として挙げ、説明したが、本発明は携帯電話機に限定されることなく、種々の移動体通信機器およびその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【０２７８】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳおよびＣＳ放送を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器、およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。さらには、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号または光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢなどの電子機器およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２７９】
【図１】実施の形態にかかる圧電素子を示す断面図。
【図２】ペロブスカイト型結晶構造の説明図。
【図３】ペロブスカイト型結晶構造の説明図。
【図４】リラクサー材料を説明するためのグラフ。
【図５】リラクサー材料を説明するためのグラフ。
【図６】圧電素子の製造工程図。
【図７】圧電素子の製造工程図。
【図８】圧電素子の製造工程図。
【図９】圧電素子の製造工程図。
【図１０】圧電素子の製造工程図。
【図１１】インクジェット式記録ヘッドの概略構成図。
【図１２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。
【図１３】キャビティーの平面図。
【図１４】圧電素子の平面図。
【図１５】ヘッドの動作を説明するための図。
【図１６】ヘッドの動作を説明するための図。
【図１７】実施の形態にかかるインクジェットプリンターの概略構成図。
【図１８】図１に示す圧電素子を用いた圧電ポンプの概略断面図。
【図１９】図１に示す圧電素子を用いた圧電ポンプの概略断面図。
【図２０】実施の形態にかかる表面弾性波素子を示す側断面図。
【図２１】実施の形態にかかる周波数フィルタを示す斜視図。
【図２２】実施の形態にかかる発振器を示す斜視図。
【図２３】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略側面透視図。
【図２４】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略上面透視図。
【図２５】前記発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図２６】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図２７】実施の形態にかかる電子回路の構成を示すブロック図。
【図２８】電子機器の実施形態としての携帯電話機を示す斜視図。
【図２９】実施の形態にかかる薄膜圧電共振器を示す側断面図。
【図３０】実施の形態にかかる薄膜圧電共振器を示す側断面図。
【符号の説明】
【０２８０】
１  圧電素子、２  基体、３  バッファ層、４  下部電極、５  圧電体膜、６  上部電極、７  第１バッファ層、８  第２バッファ層、９  第３バッファ層、１１  単結晶シリコン基板、１２  バッファ層、１３  導電膜、１４  圧電体膜、１５  保護層、１６  電極、２０  圧電ポンプ、２１  基体、２２  圧電素子、２３  ポンプ室、２４  振動板、３０  薄膜圧電共振器、３１  基体、３２  弾性板、３３  共振子、３４  ビアホール、３５  電極、３６  パッド、３７  配線、４０  薄膜圧電共振器、４１  基体、４２  共振子、４３  エアギャップ、４４  下部電極、４５  圧電体膜、４６  上部電極、４７  弾性板、５０  インクジェット式記録ヘッド、５１  ノズル板、５２  インク室基板、５４  圧電素子、５５  弾性板、５６  基体、５７  ヘッド本体、５８  印刷装置、５９  制御部、６０  インクジェットプリンター、６１  単結晶シリコン基板、６２  装置本体、６３  ヘッドユニット、６３  発振器、６４  基板、６５  給紙装置、６６  配線、６７  ワイヤー線、６８  ワイヤー線、６９  操作パネル、７０  入力端子、７１  位相比較器、７２  低域フィルタ、７３  増幅器、８０  送話器、８１  送信信号処理回路、８２  送信ミキサ、８３  送信フィルタ、８４  送信電力増幅器、８５  送受分波器、８７  低雑音増幅器、８８  受信フィルタ、８９  受信ミキサ、９０  受信信号処理回路、９１  受話器、９２  周波数シンセサイザ、９３  制御回路、９４  表示回路、１００  携帯電話機、１０２  受話器、１０３  送話器、１０４  液晶表示部、１０５  操作釦部、１４０  基板、１４１  電極、１４２  電極、１４３  吸音部、１４４  吸音部、１４５  高周波信号源、１５０  基板、１５１  電極、１５２  電極、１５３  電極、１５４  高周波信号源、５１１  ノズル、５２１  キャビティー、５２２  側壁、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  連通孔、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４０  印刷装置、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  キャリッジガイド軸、６４４  タイミングベルト、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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